表观遗传调控在阻塞性睡眠呼吸暂停综合征中的作用研究进展

陈 凤，冷玉芳，任以行，张健民，刘 馨，石亚静

(兰州大学 第一临床医学院，甘肃 兰州 730000)

阻塞性睡眠呼吸暂停综合征(obstructive sleep apnea，OSA)是以睡眠过程中反复的上呼吸道塌陷，导致睡眠中断和慢性间歇性低氧(intermittent hypoxia，IH)为特征的一类呼吸系统疾病[1]。未经治疗的OSA可引起一系列相关并发症，包括高血压、缺血性心脏病、糖尿病、痴呆症、抑郁症以及恶性肿瘤的不良结局等[2]。近年来, 作为遗传与环境之间纽带的表观遗传修饰与OSA之间的关系越来越受到重视[3-4]，IH是 OSA标志性和关键性的病理生理途径，表观遗传修饰可以通过影响长期IH而参与OSA及其并发症的发生和发展[5-6]。

1 概述

1.1 表观遗传学

DNA甲基化、组蛋白修饰和非编码RNA等表观遗传的修饰改变了转录因子结合基因的可及性和基因转录的速率[7]。部分表观遗传调控能够促进缺氧性肺动脉高压的发展及其表型变异，表观基因组也能够提供人类对高海拔低氧环境以及心、肾疾病适应性的分子机制的重要线索[8-9]，对生物医学研究具有重要价值。

1.2 OSA的表观遗传学机制

OSA患者睡眠时上呼吸道反复塌陷引起低通气、间歇低氧血症。慢性间歇性低氧伴复氧(chronic intermittent hypoxia with re-oxygenation，IHR)促进活性氧(reactive oxygen species, ROS)的产生和多种转录因子如低氧诱导因子-1(hypoxia inducible factor-1,HIF-1)和核因子κB(nuclear factor kappa-B，NF-κB)的激活，导致比持续性低氧更严重的细胞毒性[10-11]。OSA患者外周血免疫细胞、内皮和其他终末器官通过调节自身基因表达来适应IHR诱导的氧化应激。当OSA患者受到低氧、毒素或感染等外界刺激后，IHR诱导的表观遗传学表现为DNA甲基化和组蛋白修饰使基因启动子或增强子与转录因子相互作用，过度表达的非编码RNA使转录过程沉默或降解靶向信使RNA(mRNA)，进而形成高度复杂的整合调控网络来控制基因的表达。表观遗传修饰的可逆性和非编码RNA的相对易操作性预示着治疗OSA急需的新型药物的出现。

2 DNA甲基化

2.1 CIH动物的DNA甲基化

慢性间歇性低氧(chronic intermittent hypoxia, CIH)动物模型是经典的OSA动物模型，CIH可以通过DNA甲基化抑制抗氧化酶(AOE)，如超氧化物歧化酶1、2(SOD1、SOD2)、硫氧还蛋白还原酶(Txnrd2)和过氧化还蛋白4(Prdx4)等的基因，对血压、呼吸和颈动脉体化学性反射产生不良影响[10, 12]。新生小鼠CIH能诱发SOD2基因中靠近转录起始点的单个CpG二核苷酸高甲基化，并与SOD2 基因的mRNA、蛋白质和酶活性降低有关，大鼠成年后出现呼吸不规律、自发性呼吸暂停和高血压等心肺功能异常的表现，伴有颈动脉体化学反射亢进[13]。此外，从暴露于CIH的新生小鼠肠系膜动脉分离的CD31(+)内皮细胞检测发现，血管紧张素转换酶1(ACE1)和血管紧张素原(ATG)基因启动子区域的DNA低甲基化，并且在成年时表现出收缩压升高、压力感受性反射受损和心率变异性降低[14]。因此，可以推测新生动物暴露于CIH时，可能通过AOE基因启动子区域高甲基化引起的ROS产生增加，以及ACE/ATG基因低甲基化导致的血管舒张反应减弱，从而在成年时易患自主神经功能障碍，而OSA的发生与自主神经功能障碍密切相关[15]。

2.2 OSA患者的DNA甲基化

OSA患儿表现出全身炎性反应增强，T淋巴细胞数量紊乱，Th1/Th2细胞因子的失衡，这些结果可以归因于转录因子叉头盒蛋白P3(FOXP3)的DNA高甲基化，这表明表观遗传介导的特定T淋巴细胞的下调可能是OSA炎性反应和发病表型的重要决定因素[16]，并且，OSA患儿的内皮型一氧化氮合酶(eNOS)依赖性血管异常反应与eNOS基因启动子区DNA高甲基化有关，提示儿童OSA患者的内皮功能障碍可能与表观遗传学有关[17-18]。OSA患者早期DNA甲基化表现为白细胞介素1受体2(IL-1R2)基因启动子的低甲基化和雄激素受体(AR)基因启动子的高甲基化，随后出现成年睡眠时频繁的低氧表现，表明IL-1R2低甲基化和 AR高甲基化可能是表观OSA严重程度的重要指标。高氨血症引起的脑内NPR2-cGMP通路的改变可以导致以睡眠-觉醒模式改变和嗜睡为特征的肝性脑病，因此，可以推测NPR2基因启动子区域的低甲基化可能在OSA日间过度嗜睡的形成中起重要作用，也有可能是慢性IHR触发了这些DNA甲基化改变，进而导致OSA的频繁低氧和嗜睡表型[19]。

3 组蛋白修饰

3.1 CIH动物的组蛋白修饰

从CIH小鼠主动脉分离出的巨噬细胞检测出标志促炎和氧化应激信号通路的活化组蛋白 (H3k9ac)的过度表达，与抗炎和谷胱甘肽氧化还原信号途径有关的抑制性组蛋白 (H3k27me3)相关的基因也过度表达，导致动脉粥样硬化的形成，这些表观遗传学改变与CD36(+)M1巨噬细胞持续募集到主动脉壁并触发动脉粥样硬化同步发生。这些结果表明，组蛋白修饰介导的氧化应激和炎性通路的激活可能参与了IH诱导的 OSA内皮功能障碍、动脉粥样硬化和主动脉重构[20]。

3.2 OSA患者及体外IHR实验中的组蛋白修饰

Sirtuin 1(SIRT1)是一种Ⅲ类组蛋白脱乙酰化酶(HDAC)，通过调节eNOS干扰炎性反应和氧化应激的过度发生，进而对心血管疾病发挥保护作用。OSA患者血液中SIRT1水平较低，经过CPAP或下颌前移装置治疗3个月后，随着血清硝酸盐水平和白细胞端粒长度的改变，SIRT1水平升高。相反，HDAC2的上调却在OSA诱导的内脏脂肪组织储存紊乱的机制中起关键作用，而HDAC2是刺激干扰素基因表达和单核细胞趋化蛋白2分泌所必需的。这些结果表明，IHR诱导的SIRT1低表达和HDAC2过度表达可能与OSA的心血管功能障碍有关。

4 非编码RNA

4.1 CIH动物和体外IHR实验中非编码RNA的表达

miRNAs可以影响CIH过程，并影响缺氧诱导的细胞凋亡和自噬[21]。在CHI大鼠海马区发现，上调的miR-26b和下调的miR-207通过诱导促凋亡蛋白Bax的激活和Bcl-2抗凋亡相关线粒体信号通路的失活导致认知功能障碍[22]。在大鼠CHI模型中发现，miR-223具有抗血管生成和减轻肺动脉高压的作用。CIH可诱导大鼠心房重构和纤维化，经治疗后，心房重构和纤维化程度减轻，其机制可能与miR-21/Spry1/ERK/MMP-9、miR-21/PTEN/PI3K/AKT和NF-κB信号通路有关[23-25]。在小鼠CHI实验中，发现miR-155可通过抑制叉头盒蛋白O3a(FOXO3a)基因正调控NLRP3炎性小体途径而促进氧化[26]。IH通过下调miR-452使小鼠和人脂肪细胞的抵抗素(RETN)、TNF-α和C-C基序趋化因子配体2 (CCL2)的miRNA表达上升，最终导致胰岛素抵抗加重[27]。这些结果表明miR-26b和miR-21的上调，miR-207、miR-223和miR-452的下调可能在CIH或IHR诱导的心血管重构、认知功能障碍和胰岛素抵抗的发生发展中发挥作用。

通过对暴露于CHI 8周的大鼠心脏标本进行小型基因芯片研究分析，首次鉴定出289个差异表达的LncRNA，经RT-qPCR验证，其中有3个上调的LncRNA(XR_596701、XR_344474和ENSRNOT00000065561)和3个下调的LncRNA (XR_600374、XR_590196和XR_597099)，这为lncRNAs在 OSA诱导的心血管疾病发病机制中的潜在作用提供了新的见解[28]。

4.2 OSA患者miRNAs的差异表达

在OSA患者中，miR-485-5p、107和199-3p表达下调，miR-574-5p表达上调，提示差异表达的miRNAs与OSA关系密切。血浆中miR-378a-3p和miR-100-5p下调，miR-486-5p上调可以预测难治性高血压和OSA患者对CPAP治疗的血压反应。miR-664a-3p在OSA患者中表达下调，并与呼吸暂停低通气指数(apnea hypopnea index，AHI)和最大颈动脉中膜厚度呈负相关，提示miR-664a-3p有可能作为OSA动脉粥样硬化的无创性标志物[29]。以上结果表明OSA患者内皮功能障碍、动脉粥样硬化和高血压的发生可能与miR-574和miR-486-5p上调，miR-485、miR-107、miR-199 和miR-664a下调有关。

5 问题与展望

目前，还没有关于miRNA基因的异常DNA甲基化在IH中的作用研究,关于特定miRNAs的异常DNA甲基化和组蛋白修饰在OSA中的作用有待进一步研究。未来，通过不断解析影响miRNAs活性的因素，揭示miRNA介导的基因调控的复杂性，有望在已有miRNA/siRNA的疗法基础上，通过有效的体内递送系统来靶向治疗OSA患者慢性IHR下的特定组织和细胞。还需要进行更多的生物信息学分析，包括基于微阵列或下一代测序的全基因组关联方法，以澄清与儿童和成人睡眠障碍表型相关的表观基因组图谱，进而开发针对OSA遗传易感个体的新的诊断生物标志物和靶向治疗。